精细化工生产过程控制系统分析与设计

李晓倩

（海湾工程有限公司天津高新区分公司，天津 300384）

1 精细化工生产过程控制系统的优势和不足

1.1 优点

我国精细化工市场不断发生变化，各类产品的使用寿命比较短暂，在短期内将会被淘汰，产品的更新速度非常快，因此化工企业通常不会大批量的生产某种产品，要求技术人员具备较强的新产品研发能力。为了满足产业发展，化工企业需要严格控制研发周期，提高产品更新换代的速度。企业在生产过程中需要收集整合相关数据，提高数据处理能力，构建精细化工生产体系，改善产品的生产技术。为了提高化工企业的产品更新能力，满足化工市场的发展需求，企业需要利用计算机技术，完善产品生产技术和作业标准，保障控制系统的实效性。灵活变换产品各项参数，保障精细化工生产过程的安全性和高效性。在精细化工生产过程中，可以柔性管理生产过程，严格控制产品的生产时间，提升整体作业效率，满足市场发展形势。

1.2 缺点

在精细化工生产过程中，具有较多的作业工序，在作业中可能会发生物理反应和化学反应等，增加了精细化工生产工作的复杂性。为了提升整体工作效率，化工企业需要增加劳动力，工作者在开展工作的过程中，长期处于高强度作业环境当中，保证可以实时观察生产状态。在生产过程中发生异常问题，或者管理人员没有根据规定管理温度或水，将会增加资源消耗，还会降低产品质量，甚至会引发安全事故，导致化工企业承受巨大的经济损失。

2 精细化工生产过程控制系统分析和设计

2.1 工艺分析

精细化工生产过程控制的重点工作环节是反应釜，在各种领域广泛利用反应釜，在反应釜中可以完成危险化学反应和存储以及蒸馏等工作，精细化工反应釜可以自动化进料、出料，反应釜主要包括电机和减速机以及搅拌桨等。本文论述了精细化工生产过程控制系统，主要生产工艺分为配液、反应以及后处理，不同的工艺利用不同的反应釜，通过配液为生产提供物料，其中反应工段非常复杂，需要控制较多的工艺指标，在后处理工艺段要萃取回收反应釜中水相的有机物。

2.1.1 配液环节

在配液环节中，工作人员需要提前准备物料，首先加入适量的物料，利用管线加入溶剂，充分搅拌物料和溶剂之后，在反应釜中输送处理材料的过程中需要发挥氮气压力的作用，在这一过程中，反应釜会发生放热反应，并且具有明显的表现，可根据反应釜温度、压力等参数调整加料速度，同时可以自动调节温度参数和压力参数等。

2.1.2 反应工段

反应工段非常复杂和繁琐，添加了物料之后需要充分搅拌，利用加料系统添加液碱，在这一过程中会提升反应釜的温度，通过有效调节液碱流量，可以控制反应温度。利用配液釜向反应釜中输送物料，完成输送工作之后，根据施工进度实施升降温处理，提高反应速度，最后利用重力分离方式分离水相。

2.1.3 后处理工艺

进一步处理反应工段分离的水，利用同一种方式进行分离。所有的工序完成之后，需要向相应的釜中传送有机物，通过有效结合之后实施干燥处理等工序。

2.2 安全工艺设计

2.2.1 物料安全性

为了保障精细化工工艺的安全性，在生产中需要可靠的生产设备。在设计过程中需要考虑物料危险性，利用多种控制方式、技术消除物料的危险因素，提升精细化工生产的安全性。在安全设计阶段，工作人员需要整合物料的危险系数，确定物料的理化特征和腐蚀性等特征，合理选择工艺设施和工艺管道等，根据原料性质和生产需求合理选择物料，避免发生危险，同时可以有效控制后续运维工作的成本。

2.2.2 生产过程

在精细化工生产过程中，要利用各种化工装置单元，涉及不同的处理工艺，不同装置生产的产品也具有差异性，因此在工艺设计阶段，工作人员需要动态了解生产和设计情况，注重观察危险程度较高的材料，严格控制生产温度和生产压力，避免精细化工生产活动严重损耗设备。如果生产活动具有较高的危险系数，工作人员需要根据规定制定专业的安全防护方案。例如在开展磺化生产活动的时候，材料属性和磺化试剂的腐蚀性都是重要的安全风险因素，在生产过程中不会放热，此外原料添加顺序和数量以及冷却处理等工作都会导致高温，从而引发安全事故。因此在精细化工生产过程中，工作人员需要高度关注反应釜的变化，维护生产运行的安全性和稳定性。

2.2.3 工艺装置

精细化工设备和其他生产模式的区别比较小，为了提高精细化工生产过程的稳定性，需要合理选择工艺装置。因为精细化工生产产能较低，而不同产品需要利用不同的装置，很多工作装置具有专属性，因为装置具有非常高的制造标准，这类主要是在有毒和易燃易爆的生产环境中利用，整体运行工作具有较高的风险系数，需要严格控制工艺装置的标准。在工业设计阶段，需要合理选用工作材料和制造工艺，提升装配工作的标准化。在生产过程中需要根据安全标准合理选择各类工作设备，利用的材料要具备较高的抗腐蚀性，安排专业人员安装生产设备。在工艺设计阶段，要分析安全装置的安全性，不断提高操作工艺的安全水平，提升精细化工生产过程的安全性[2]。

2.2.4 管道设计

在精细化工生产过程中需要利用各种管道部件，管道部件要具备抗腐蚀性和抗毒性等，维护生产工作的安全性，避免安全事故。在工艺设计过程中设置各种防护措施，可以降低资金投入量，相关作业也非常简单，需要连接多个部件，同时具有较多的连接点，这部分危险系数比较高。此外精细化工生产活动利用繁杂的材料，材料的属性也不同，因此化工企业需要重视管道设计工作，避免发生危险事故。

2.2.5 车间工艺设计

车间工艺设计涉及复杂的工作环节，例如工作人员需要判断工艺路径，确定了生产形式之后，需要制定作业过程，合理选择生产形式和反应器，整合生产工作的数据资料，合理计算物料能量和装置工艺，提升生产过程的科学性。通过车间工艺设计，可以合理布局车间和管道，根据既定标准落实生产活动的非工艺环节，满足车间工艺设计标准。

3 精细化工生产过程控制系统的设计与研究

3.1 自动化系统

（1）系统结构：自动化系统主要包括两个子系统，结构包括两个分区的UR2H，各个分区具有独立的中央控制器。中央控制器具有中央处理器，发挥着容错能力。系统利用同步子模块连接中央处理器，在中央处理器中利用光缆实现互联效果。

（2）系统控制：自动化系统利用冗余原理，发生了故障之后，在无扰动状态中可以实现快速切换。没有故障的状态中，各个子单元可以稳定运行，如果发生了故障，子单元仍旧可以完成正常控制工作。为了无扰动的切换，保障中央控制器快速地交换数据，控制器利用统一的用户程序，接受同样的数据。促使控制器同步更新工作内容，即使某个子系统发生了故障，也可以顺利完成工作任务。

自动化系统同步驱动所有的事件，即使两个子单元处于不同的工作状态，也可以同步操作两个子单元。发挥通信功能修改数据，通过操作系统同步工作，无须自行变成。自动化系统可以自检存储器和链接以及中央处理器，系统启动之后，可以测试各个子单元。在特定周期内落实特定功能，有效降低中央处理器的工作压力。

3.2 分布式I/O

（1）设备介绍：在组建系统的时候，在自动化系统中集成过程输入和输出。如果可编程控制器输入和输出的距离比较远，需要敷设长距离线路，增加了工作的难度。需要利用分布式设备，设备中央处理器实现分布式运行，同时可以高速传输数据，保障设备通信效果[1]。

（2）ET200M：因为精细化工生产现场具有较多的仪表和阀门，需要控制较多的点位数，利用S7-400模块连接现场设备，为了降低成本，可以利用综合方案。利用ET200M 分布式输入和输出，发挥S7-300支持租用，可以拓展不同的模块，并且连接上百个通道，提升整体工作性能。

3.3 过程监控

过程监控主要是针对操作员站和触摸屏，在操作员站中利用WINCC 组态软件设计模式，可以实时监控整个车间，正确操作各类设备，合理修改工艺参数。在中控室中具有两个操作员站，如果一个操作员站发生故障，另外一个操作员站仍旧可以继续完成监控工作。触摸屏可以控制附近釜，现场工作人员可以利用触摸屏完成相关工作操作。

3.4 通信方式

触摸屏和操作员站可以和S7-400H 进行通信，有效监控和操作各类设备。通信工作需要利用工业以太网。因为在精细化工生产过程中需要增加各类溶剂，利用独立S7-300进行控制。添加溶剂的时候，利用S7-400H 发布请求的指令，S7-300接收指令之后，判断溶剂添加条件，满足条件之后再添加溶剂。在整个工作过程中，需要利用通信协议完成通信工作。

4 精细化工生产过程控制技术发展趋势

4.1 计算机化

利用传统的精细化工生产过程控制模式，过于重视产品生产成本。为了节省生产成本，利用仪表实现精细化工生产过程控制效果，这种工作模式效率比较低，不利于提升精细化工生产过程控制系统的自动化水平。在信息时代，在各行各业都开始利用计算机技术，自动化技术也越来越成熟，为精细化工生产过程控制提供了良好的条件。在未来发展过程中，精细化工生产过程控制技术也将不断提升计算机化。

4.2 自动批量生产

在传统的精细化工生产中利用投料工作方式，循环生产不同批次的产品，虽然这种生产效率比较高，但是开关机操作过于频繁，严重损耗了精细化工生产机器。利用自动批量控制方式，可以弥补传统工作模式的不足之处，充分发挥出计算机控制效果。

4.3 技术智能化

精细化工需要根据控制策略生产产品，在生产过程中存在较多的内外部因素，工作人员的技术水平关系到化工产品质量，同时还会影响到参数数据，化工产品质量缺乏统一的标准，利用智能化控制技术，可以严格控制精细化工产品质量，同时可以提高化工产品的可靠性。

5 结语

当前化工企业广泛利用精细化工生产过程控制系统，并且可以达到显著的使用效果。利用精细化工生产过程控制系统，可以保障化工生产工作的稳定性，同时可以发挥容错能力，及时发现系统中的异常问题，维护化工生产工作的安全性，避免发生安全事故。